Todo el mundo sabe que el espacio es frío. En la gran distancia entre
las estrellas y las galaxias, la temperatura de la materia gaseosa cae
rutinariamente a 234ºC bajo cero. Estamos a punto de conseguir aún más
frío.
Investigadores de la NASA planean crear el lugar más frío del universo
conocido dentro de la Estación Espacial Internacional. “Vamos a estudiar
la materia a temperaturas mucho más frías que las que se encuentran en
forma natural”, dijo Rob Thompson, del Laboratorio Jet Propulsion de la
NASA. Él es el científico del proyecto Cold Atom Lab de la NASA, un
"refrigerador" atómico programado para ser lanzado a la ISS en 2016.
“Nuestro objetivo es bajar la temperatura efectivamente hasta 100
pico-Kelvin”.
100 pico-Kelvin es sólo una diez mil millonésima de grado sobre el cero
absoluto, donde, en teoría, toda la actividad térmica de los átomos se
detiene. A temperaturas tan bajas, los conceptos ordinarios de sólido,
líquido y gaseoso ya no son relevantes. Los átomos que interactúan justo
por encima del umbral de energía cero crean nuevas formas de materia que
son esencialmente cuánticas.
La mecánica cuántica es una rama de la física que describe las extrañas
reglas de la luz y la materia a escalas atómicas. En ese ámbito, la
materia puede estar en dos lugares a la vez, los objetos se comportan
como partículas y ondas, y nada es seguro: en el mundo cuántico rige la
probabilidad.
Es en este extraño reino que los investigadores que utilizan el Lab Cold
Atom se zambullirán.
“Vamos a comenzar”, dice Thompson, “con el estudio de los condensados de
Bose-Einstein”.
En 1995, los investigadores descubrieron que si se toman unos millones
de átomos de rubidio y se enfrían cerca del cero absoluto, se fusionan
en una sola onda de materia. El truco funcionó con el sodio, también. En
2001, Eric Cornell, del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y
Carl Wieman, de la Universidad de Colorado, compartieron el Premio Nobel
con Wolfgang Ketterle del MIT por su descubrimiento independiente de
estos condensados, que Albert Einstein y Satyendra Bose habían
pronosticado a principios del siglo 20.
Si se crean dos condensados de Bose-Einstein (CBE) y los juntas, no se
mezclan como un gas ordinario. En cambio, pueden “interferir” como las
ondas: delgadas capas paralelas de materia son separadas por finas capas
de espacio vacío.
“El Cold Atom Lab nos permitirá estudiar estos objetos a, tal vez, las
temperaturas más bajas de la historia”, dijo Thompson.
El laboratorio es también un lugar donde los investigadores pueden
mezclar gases atómicos súper enfriados y ver qué pasa. “Las mezclas de
diferentes tipos de átomos pueden flotar juntos casi completamente
libres de perturbaciones”, explica Thompson, “lo que nos permite
realizar sensibles mediciones de interacciones muy débiles. Esto podría
llevar al descubrimiento de interesantes y novedosos fenómenos
cuánticos”.
La Estación Espacial Internacional es el mejor lugar para hacer esta
investigación. La microgravedad permite a los investigadores enfriar
materiales a temperaturas mucho más frías de lo que son posibles en
tierra.
Thompson explica por qué: “Es un principio básico de la termodinámica
que cuando se expande un gas, se enfría. La mayoría de nosotros tenemos
experiencia de primera mano con esto. Si usted rocía una lata de
aerosol, la lata se enfría”.
Los gases cuánticos se enfrían en gran parte de la misma manera. En
lugar de un aerosol, sin embargo, tenemos una ‘trampa magnética.’
“En la ISS, estas trampas se pueden hacer muy débiles debido a que no
tienen que sostener los átomos en contra de la fuerza de la gravedad.
Las trampas débiles permiten que los gases se expandan y enfríen a
temperaturas más bajas de lo que se puede en la tierra”.
Nadie sabe a dónde conducirá esta investigación fundamental. Incluso las
aplicaciones “prácticas” enumeradas por Thompson-- sensores cuánticos,
interferómetros de onda de materia y láseres atómicos, sólo por nombrar
unos pocos -- suenan como ciencia ficción. “Estamos entrando en lo
desconocido”, dice.
Los investigadores como Thompson piensan en el Cold Atom Lab como una
puerta hacia el mundo cuántico. ¿Podría la puerta girar en ambas
direcciones? Si la temperatura baja lo suficiente, “vamos a ser capaces
de ensamblar paquetes de ondas atómicas tan anchas como un cabello
humano, es decir, lo suficientemente grandes como para que el ojo humano
las vea”. Una criatura de la física cuántica ya habrá entrado en el
mundo macroscópico. Y entonces comienza la verdadera emoción.
Fuente: JPL-Caltech/NASA
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